Mốc thời gian của luật Moore

Tôi thấy thật đáng kinh ngạc khi bóng bán dẫn trên mỗi khu vực tiếp tục tăng. Làm thế nào nó đã đạt được cho đến nay? Sự thiếu hiểu biết của tôi nói với tôi rằng nếu các IC được thiết kế đúng từ giai đoạn này đến giai đoạn khác thì chúng sẽ có thời gian ngắn hơn rất nhiều, nhưng đồng thời tôi chắc chắn rằng đó là một số lượng lớn các cải tiến gia tăng. Câu hỏi là, họ đã cải thiện những gì? Tất cả chúng đều là các biến thể của một chủ đề, hoặc các cải tiến hoàn toàn khác nhau, đó có thể là một sự pha trộn, nhưng một số giác ngộ về loại cải tiến chúng là gì, và tại sao nó lại được thực hiện với số lượng nhỏ như vậy.

Có phải chủ yếu là những cải tiến trong kỹ thuật in ảnh? Hoặc các thiết kế bóng bán dẫn / mạch cho phép dung sai lớn hơn của sự không hoàn hảo? Hoặc cải tiến khoa học vật liệu cho phép các vật liệu chất lượng cao hơn trong các bóng bán dẫn, đường ray và phân lớp? Bất kỳ khía cạnh nào khác?

Cảm ơn

Nếu bạn đã từng làm việc trong một dự án kỹ thuật phức tạp nghiêm trọng, bạn sẽ biết rằng về cơ bản không thể thiết kế một cái gì đó đúng đắn ngay từ đầu.

Hãy suy nghĩ về nó. Nếu những người đàn ông hang động chỉ nghĩ đúng, thì họ đáng lẽ phải đi trên mặt trăng 100.000 năm trước.

Sản xuất chất bán dẫn hiện đại là một công việc khó khăn nghiêm trọng, và nó liên quan đến rất nhiều thách thức kỹ thuật phải vượt qua để có thể thực hiện được. Bạn không thể vượt qua những thách thức này chỉ bằng cách thiết kế một cái gì đó ngay từ đầu. Cách duy nhất để làm điều đó là thực hiện các bước bé. Nhận một công nghệ mới đang chạy. Nó sẽ không tốt để bắt đầu với. Sẽ có rất nhiều sự không hoàn hảo trong quá trình, và năng suất sẽ thấp. Mọi người dần dần tìm ra cách tối ưu hóa các biến quy trình để làm cho quy trình trở nên đáng tin cậy và mang lại hiệu suất gần hơn 100%. Sau đó, bạn thực hiện một bước bé khác.

Về lý thuyết không có sự khác biệt giữa lý thuyết và thực hành, nhưng trong thực tế thì có.

Để phát triển từ mạch tích hợp sang CPU đa lõi ngày nay, chúng tôi đã đổi mới trong:

• Hóa học: lớp phủ, tăng trưởng tinh thể siêu tinh khiết
• Quang học: Làm thế nào để bạn tập trung các photon lớn hơn các tính năng bạn đang tạo ra? Làm thế nào để bạn tạo ra một nguồn sáng đủ sáng và ở bước sóng ngắn bạn cần. Nguồn sáng đó có thể là một trong những người tiêu thụ năng lượng lớn nhất trong fab bán dẫn.
• Khía cạnh cơ học: kỹ thuật đánh bóng tấm silicon siêu mỏng phẳng. Đăng ký chính xác (định vị) các tấm wafer cho phơi sáng lặp đi lặp lại.
• Điện toán: Bạn cần một máy tính mạnh mẽ để có thể thiết kế CPU mạnh mẽ. Bắt 22.
• Xây dựng: Các bộ phận đắt tiền và phức tạp phải được xây dựng để xây dựng những thứ này một cách đáng tin cậy và kinh tế.

"họ đáng lẽ phải có được điều này trong một thời gian ngắn hơn rất nhiều"

Có thật không? Chỉ 53 năm kể từ khi mạch tích hợp đầu tiên được cấp bằng sáng chế vào năm 1959. Điều đó nhanh chóng đến đáng kinh ngạc, vì con người đã tồn tại hàng trăm ngàn năm và hầu hết thời gian này họ không đạt được tiến bộ nào trong các mạch tích hợp.

Một trong những cải tiến không phải là điện tử, mà là quang học. Các bước wafer được sử dụng để chiếu các mẫu cho các lớp khác nhau lên các máy quang điện của wafer sử dụng ống kính quang học. Vào những năm 80, khi kích thước tính năng của một vài micron là phổ biến, người ta sợ rằng ở kích thước tính năng dưới khoảng 400nm (giới hạn cho ánh sáng khả kiến), hệ thống quang học được sử dụng sẽ không còn đủ nữa.

Ngày nay chúng ta có các kích thước tính năng xuống tới 22nm và các bước vẫn sử dụng quang học để chuyển các mẫu. Nhưng không phải là quang học của thập niên 80, chúng không đủ tốt cho loại độ phân giải này.

Đây là một ngành rất cạnh tranh. Nếu một số công ty có thể đã tạo ra các thiết bị 100nm vào năm 1985 thì họ sẽ có. Chính vì khả năng cạnh tranh này mà luật của Moore tiếp tục giữ vững.

Thu nhỏ kích thước tuyến tính theo hệ số 2 không chỉ là một điều. Những tiến bộ cần phải được thực hiện trên một số mặt trận để tạo ra một con chip có lợi nhuận trong thế giới thực. Một trong những giới hạn công nghệ, như Steven đã đề cập, là quang khắc, nhưng đã có nhiều giới hạn khác. Tôi không phải là nhà thiết kế chip hay fab nên tôi không biết tất cả các chi tiết. Tôi biết rằng đầu tư vào một quy trình fab kích thước tính năng nhỏ hơn mới là rất lớn. Thông thường các công ty xây dựng các bộ hoàn toàn mới cho một quy trình mới bởi vì nó không đơn giản như chỉ thay thế một máy duy nhất bằng một máy tốt hơn. Chỉ cần xử lý không khí là một vấn đề lớn, và có nhiều người khác.

Làm các bóng bán dẫn nhỏ hơn chỉ là một phần của việc tạo ra các chip nhỏ hơn. Bạn phải xem xét các tính chất điện của bóng bán dẫn khi chúng nhỏ hơn. Sự tiêu tán trên mỗi khu vực tăng lên, làm giảm điện áp hoạt động, nhưng điều đó cho tỷ lệ thấp hơn giữa bật và tắt FET. Điều đó lần lượt đẩy dòng điện rò rỉ, làm tăng sự tiêu tan tĩnh lặng. Cần dẫn nhiệt tốt hơn cho vỏ máy, và truyền nhiệt tốt hơn trên bo mạch, v.v ... Điều này tiếp tục và tiếp tục với nhiều thông số tương tác.

Tôi đã đủ lớn để nhớ một số "rào cản" trong đó vật lý cơ bản được cho là chúng ta không thể tiến xa hơn và định luật Moore đã bị tiêu diệt. Mỗi lần người thông minh tìm ra cách để làm một cái gì đó khác nhau để đi xung quanh vật lý. Tôi không biết bản thân mình đủ để có một ý tưởng hay khi tốc độ tiến bộ sẽ chậm lại. Theo dõi quá trình này từ giữa những năm 1970, tôi thực sự ấn tượng về việc đã có bao nhiêu chu kỳ của định luật Moore và tính toán đã thay đổi lớn như thế nào trong một phần của cuộc đời.

1. Kinh tế ra lệnh thay đổi quy trình chế tạo wafer mới cứ sau 2 năm. Thiết bị mới tốn hàng tỷ đồng trong khi quá trình xây dựng & điều chỉnh và thiết kế cần có thời gian để tối ưu hóa năng suất cao và sau đó phải được khấu hao trong quá trình sản xuất. Intel & IBM là những người đi đầu trong trò chơi này với các bằng sáng chế R & D và khả năng xử lý.
2. Thay đổi thiết kế bao gồm bộ nhớ flash đi từ mức độ lượng tử nhị phân đến N, do đó, sử dụng DAC <> ADC có thể nhận được mật độ N nhiều hơn trên mỗi ô, nhưng điều này đã bổ sung thêm các codec ECC lớn. tất cả các khu vực khác cũng được cải thiện.

3. IBM hiện đã phát minh ra các tế bào RAM có thể mất 5 ~ 10 năm để sản xuất chip 150 TB đi từ các nguyên tử 1e6 xuống còn 12 nguyên tử bằng cách sử dụng mạng tinh thể chống từ trường

4. Các cải tiến bao gồm nhiều thay đổi quan trọng như;

   • silicon căng, được giới thiệu với quy trình 90nm vào năm 2003
   • cổng kim loại high-k cuối cùng dựa trên hafnium (HKMG)

Có quá nhiều thay đổi để tóm tắt việc thực hiện Định luật Moore, nhưng nó được thực hiện ở mọi tầng lớp và bộ phận; tài trợ, nghiên cứu, thiết kế, kiến ​​trúc, chế tạo, vật liệu, quy trình, dự phòng và sửa lỗi.

Điều thú vị, đó không phải là một định luật Vật lý, chỉ là một mô hình đặc biệt của sự tăng trưởng hoặc co lại tùy thuộc vào cách bạn nhìn vào nó.

Gordon Moore là 83, đã nghỉ hưu / Chủ tịch danh dự, đồng sáng lập và cựu Chủ tịch và Giám đốc điều hành của Tập đoàn Intel.

thêm

Một phần lớn của sự tăng trưởng trong CPU phải được cấp cho việc giảm chi phí trong $ / GB RAM. Ngoài mật độ khu vực, kiến ​​trúc phân cấp còn có hàng tá các yếu tố khác như giảm thời gian chu kỳ từ 100 giờ xuống 36 giờ trong những năm 90 để tạo ra mỗi chip.

Các công ty bộ nhớ lớn của châu Á đã cạnh tranh và tiếp tục thành công trong lĩnh vực này. Bài viết này nêu chi tiết một số lý do thú vị có liên quan đến những thách thức của "định luật Moore" và Trí nhớ.